第一章 故障排除方法

1.1 故障排除

故障排除即解决问题。模具故障排除人员被召集来解决零件、模具、机器或工艺中的问题。注塑成型中会遇到许多问题，包括以下常见类别：

外观缺陷

尺寸问题

零件破损

周期时间过长

高废品率

上述所有问题都会增加制造成型零件的成本，这往往决定了盈利与亏损的区别。一个持续产生高废品率或周期时间过长的成型操作将难以取得成功。

1.2 什么造就了有效的故障排除人员？

故障排除人员的角色是找到问题的根本原因并采取必要措施解决问题。有效的故障排除人员会超越他们的初步印象，确保真正的根本原因得到解决。优秀的故障排除人员为拥有解决问题的毅力并确保问题不再复发感到非常骄傲。

《韦氏词典》将故障排除人员定义为：

受雇于定位并修复机器和技术设备故障的熟练工人。

擅长解决或预见问题或困难的人。

故障排除是一项可以学习的技能，本书旨在帮助传递作者多年来通过故障排除所学到的一些知识。以下是一些有助于任何人提高故障排除能力的关键点：

乐于倾听他人。任何人都可能提供帮助解决问题的关键信息。优秀的故障排除人员会倾听他人的意见。

善于观察。优秀的故障排除人员始终在寻找可能发生变化的地方。良好的观察技能对故障排除至关重要。优秀的故障排除人员遵循“让我看一看”的座右铭，而不是相信一切都已正确设置。任何有故障排除经验的人都会告诉你，有很多案例表明，他们被告知材料是干的或模具是干净的，但验证显示并非如此。

愿意学习。在解决问题时，故障排除人员常常需要深入研究一个主题，以了解真正的根本原因。保持开放的学习态度，利用所有可用资源提高故障排除能力。总有更多东西可以学习。

坚持不懈。这是成为优秀故障排除人员的关键。有时在成型机旁站数小时会让人非常疲惫。优秀的故障排除人员愿意投入时间和精力确保问题得到纠正。这也意味着他们会回头检查问题，确保问题已解决。

愿意尝试。如果故障排除人员因害怕负面结果而不敢尝试，他们将难以找到问题的解决方案。一个典型的例子是害怕因溢料而打开模具通风口的加工人员。如果你不尝试解决问题，问题就不会得到解决。

采取系统化方法。优秀的故障排除人员使用系统化的方法解决问题。有条不紊地一次改变一个变量，并给变化足够的时间稳定。

数据驱动。优秀的故障排除人员利用数据做决策，不依赖假设或意见。如果进行了更改，数据应提供反馈，表明是否有所改进。

耐心。这可能是故障排除中最困难的部分之一。通常在进行更改后，故障排除人员没有足够的耐心去确定效果，就立即进行另一次更改。在故障排除过程中让工艺稳定，以确定最终影响。

1.3 什么造就了无效的故障排除人员？

上述许多特质帮助人们成为有效的故障排除人员。但也有许多特质会让人在故障排除时遇到困难，包括：

“万事通”。

那些认为自己了解注塑成型每个方面的人总有一天会面临粗鲁的觉醒。注塑成型问题往往对故障排除人员有谦逊效应，每个人都有更多东西要学。记住，每种模具、机器和材料的组合都可能带来新的机会。

“上次这样做有效”综合症。

许多人陷入完全依赖过去经验的方法，这反而让他们戴上了眼罩。在尝试实施上次有效的解决方案之前，首先要理解问题。

“创可贴和胶带能解决一切”的故障排除人员。

这种人总是寻找最简单的解决方法，无论是否真正解决问题。这种心态在生产中经常出现，方法可能是“给我需要的零件以完成发货”。虽然“胶带”式的修复可能帮助勉强完成一次生产，但必须解决并纠正根本原因。在胶带上再贴“创可贴”来维持生产将导致废品和停机。

“本月热门”。

当工厂中某个模具识别并纠正了一个特定问题时，往往因为这个解决方案解决了那个问题，人们会尝试在任何地方实施该解决方案，无论是否适用。

总体来说，许多无法有效排除故障的人要么缺乏成功所需的时间，要么缺乏工具。每天只有24小时，而客户对高质量零件的需求将持续存在。本书旨在提供一些工具，使故障排除更高效，并希望帮助人们更明智地利用故障排除时间。

1.4 故障排除方法论

如第1.2节所述，优秀的故障排除人员使用系统化方法。以下是保持系统化故障排除方法的提醒：

Systematically   系统化

Think   思考

Observe   观察

Proceed   继续

这种 STOP 故障排除方法论旨在做到其字面意思，在得出结论前停下来。

STOP 方法的由来

多年前，在采访工艺工程师和技术人员时，我产生了这种思考过程。我总是试图通过询问他们如何处理短射等问题来衡量他们的知识。我收到的答案通常在某种程度上是正确的，但显然差异很大。很多时候，提供的答案可能是正确的，但是，在不知道发生了什么的情况下，也可能导致灾难。当我回顾自己的心态时，我开始明白，我排除故障时要做的第一件事就是停下来，真正检查发生了什么。STOP 故障排除的概念由此产生，这是一种培训人们排除故障方法的简便方法。

1.4.1 STOP：系统化

在 STOP 方法论中，S 代表系统化。所有故障排除都应以有组织和系统化的方式进行。系统化方法有助于确保问题的根本原因真正得到解决。在处理问题时，系统化方法使人更容易避免遗漏潜在原因。

系统化故障排除的一部分是将问题分解为四个关键类别。许多人熟悉鱼骨图中常用的5M，即人（Man）、方法（Method）、机器（Machine）、测量（Measurement）和材料（Material）。

对于系统化注塑成型故障排除，我们关注的是以下4M：

Molding process   成型工艺

Mold     模具

Machine     机器

Material     材料

这4M是故障排除人员可以影响的关键项。不包括“人”，因为人可以影响任一4M。在故障排除时，必须考虑每个4M的潜在根本原因。通过审查4M，可以更容易地以系统化方式进行故障排除。通过考虑哪些4M可能有贡献并逐一处理每个类别，可以快速收集潜在根本原因的清单。

本书中讨论的所有缺陷都将使用4M方法描述潜在原因。利用可能的原因为系统化地解决问题。不断询问哪些4M可能导致缺陷以及原因。始终尝试深入挖掘以找到问题的根本原因。例如，在排除沉陷问题时，自然的起点是第二阶段压力；然而，如果提高压力是为了补偿机器问题，真正的问题是否得到解决，还是在绕过另一个问题加工？4M方法的目标是避免绕过问题加工。经常有模具加工人员试图通过“工艺魔法”生产出好零件，而本应实施工具改进。使用4M方法有助于尽可能拓宽工艺窗口，从长远来看减少废品、浪费和PPM（百万分之缺陷零件）。

大多数人熟悉丰田公司开发的“5个为什么”方法。这种方法是一种工具，通过在解决问题时每次回答后都问“为什么”，系统化地推向根本原因。许多人发现这种技术很有用。

系统化故障排除的一个关键是审查模具、成型工艺、材料或机器中可能发生的变化。经常有人试图解决问题，但并未处理最初导致问题的实际变化。换句话说，有时技术人员在努力解决错误的问题。一个常见的例子是，有人减慢第一阶段速度以修复烧伤，而实际上烧伤是由脏模具通风口引起的。使用系统化方法有助于专注于问题的真正根本原因，而不是绕过问题加工。

故障排除时应保持的心态是每次尝试消除一个潜在的根本原因。在证明某个问题没有影响之前，它仍然是一个潜在的根本原因。使用系统化方法允许故障排除人员一次消除一个原因，首先专注于最可能的原因并从那里开始。不过要始终记住，数据是证明根本原因的关键。

一次改变一个变量并确定其影响。如果故障排除人员同时改变多个变量，就无法确定根本原因是什么。进行更改后，始终给成型机时间稳定，然后再评估更改的影响。如果工艺更改对缺陷没有影响，可以将其重置为原始记录的工艺。

同样重要的是，进行足够大的更改以产生潜在影响。经常有加工人员调整工艺，但未见影响时就将该变量从潜在原因列表中划掉。请记住，如果更改过大并引发其他问题，可以将其调整回原始设置。在将某个参数从潜在根本原因中移除之前，确保已彻底评估。

1.4.2 STOP：思考

思考 是确保故障排除人员在心理上审查缺陷和系统化确定的潜在原因的步骤。在进行更改之前，关键是要思考预期的结果以及可能的副作用。始终以“这是新问题还是持续存在的问题？”的问题开始思考步骤。如果是新问题，关注发生了什么变化；如果是持续存在的问题，重点在于需要纠正什么。

在故障排除的思考步骤中，有时需要跳出框框思考。成型中遇到的许多问题并非易于解决，可能需要创造性的方法来解决。不受“我们不这样做”的评论限制的意愿是解决问题的关键。正如阿尔伯特·爱因斯坦所说：“我们无法用创造问题时的相同思维来解决问题。”有很多模具的例子，有人说某个区域无法通风或冷却，但通过一些独创性找到了解决方案。记住，有许多例外于一般“经验法则”的情况；批判性思维至关重要。

此外，在思考问题时，要考虑比当前缺陷更大的范围。始终询问这个问题是否可能在其他地方发生但未被察觉。在4M机器类别的情况下，在特定机器中运行的任何模具都可能有问题，但有些问题比其他问题更严重。如果一个干燥料斗为多台机器供料，飞溅问题可能开始出现在多个零件中。思考根本原因及其可能影响的其他方面，并检查可能遇到类似问题的其他零件。

在思考问题时，寻找机会将思维过程尽量推向前端。投入到零件和模具设计中的努力将改善工艺窗口，减少废品，并提高启动效率。确保初始设计适合制造比在模具建造和运行后纠正错误成本效益更高。

1.4.3 STOP：观察

观察 对解决问题至关重要。就像夏洛克·福尔摩斯一样，优秀的成型故障排除人员必须尽可能多地观察问题和环境。

观察应是一个多感官过程，意味着要看、听，甚至闻到成型机上发生的事情。对零件、设备和工艺的视觉检查通常会提供有价值的线索。然而，在观察运行中的成型机时，降解塑料的气味可能是问题的压倒性指标。奇怪的噪音也可能是工艺中出现问题的迹象。始终用所有感官观察，以试图发现任何线索。

在观察成型过程时，绕机器走一圈通常是一个好习惯。快速走一圈往往能突出必须解决的问题。需要关注的关键事项包括：

辅助设备设定点和实际值

热流道控制器

温度调节器

冷却器

干燥机

气体辅助设备

夹紧和机器人运动

修边操作

操作员处理

材料识别和正确性

是否有清晰的标准？

是否有损坏或错位的东西？

图1.1展示了一个简单的图表，称为“4M基本8”。这些是在初步故障排除期间需要观察的基本项目。通过简单地回答这八个问题，许多问题可以得到解决，任何问题的“否”答案都表明了一个可能的起点。4M基本8是一个非常简单的程序，所有模具加工人员都应能在寻求技术支持之前完成并回答。使用4M基本8或类似的东西作为故障排除的起点，可以为故障排除人员培养良好的习惯。

图1.1

观察步骤的另一个关键是确保有良好的基准数据。废品报告是确定基准缺陷率的关键数据。图1.2展示了一个饼图，提供了特定作业关键废品项目的细分。根据帕累托原则，80%的废品可能由20%的潜在根本原因引起。这个饼图提供了一个简便的参考工具，以确定故障排除的重点应放在哪里。

图1.2

在故障排除期间审查数据时，一个关键的观察任务是评估问题是一直存在还是最近才开始发生。图1.3展示了一个图表，很好地说明了一个缺陷突然出现的例子。该零件一直运行时几乎没有污染废品（不到总废品的10%），但在六月份，污染废品数量开始迅速增加。该作业持续运行不良约五个月，直到确定根本原因（颜色浓缩物中着色剂成分的团聚问题）。由于十一月份废品迅速下降，改进的验证变得简单。

图1.3

如果问题突然发生，最重要的问题是回答“发生了什么变化？”观察的力量对于确定可能发生的变化至关重要。4M基本8有助于评估可能的变化，在深入解决问题过程之前始终应执行这一简单步骤。重要的是要理解，突然的变化可能不是某人故意做的。必须观察可能无意变化的事项包括：

车间环境

材料变化

机器磨损或损坏

模具磨损或损坏

上述任何因素的变化都可能导致超出成型工艺生产高质量零件能力的条件。

当观察基准数据显示问题一直存在时，主要问题不是“发生了什么变化？”而是“必须改变什么？”制造操作中有许多零件的工艺窗口非常小，以至于它们持续产生废品。如果零件一直在稳定地产生废品，故障排除往往更困难，因为问题可能根源于多个因素，而不仅仅是一个简单的变化。如果观察显示零件自启动以来一直有缺陷，则必须深入审查所有4M以寻找可能的原因。故障排除中常见的情况是，建立了一个工艺来绕过另一个问题，如模具中的通风问题。在工艺开发期间没有找到并纠正根本原因，而是加工人员施展“魔法”，开发出生产“好”零件的工艺。有时，只有在模具在制造中运行一段时间后，才会理解狭窄工艺窗口的真正后果。

在许多情况下，故障排除人员会发现持续的废品问题源于围绕模具、机器或材料问题的加工。不能再三强调，模具加工人员不得绕过问题加工，而是需要修复问题以最大化工艺窗口并最小化废品和成本。在问题上贴“创可贴”无助于建立稳健的工艺；要解决问题！要有效解决问题，技术团队必须合作。如果维护或工具部门不修复遇到的问题，加工人员将被迫绕过根本原因。

1.4.4 STOP：继续

这是每个人都急于到达的步骤，因为这是尝试实际更改的地方。经常出现的问题是，人们会在没有经过系统化、思考和观察阶段的情况下直接尝试解决问题。

直接跳到更改可能会导致设备或模具损坏。图1.4展示了一个跳到解决方案的例子。在这种情况下，机器生产短射并失去缓冲，因此技术人员增加了射胶量以在第一阶段注入更多塑料到模腔。这里的问题不是射胶量，而是塑料的去向。如照片所示，热流道歧管泄漏并在运行时被塑料包裹。这个热流道歧管必须被拆开、清洁、修复泄漏，并用新的加热器和热电偶重新布线。

当完成系统化、思考和观察步骤并确定方向后，是时候进行更改并评估其影响。请记住，当问题恶化时，这表明设定点可能调整错了方向。观察调整影响时的关键是变化：如果没有变化，该参数不是根本原因。

当调整似乎改善缺陷时，评估以下内容：

工艺调整是否在允许的工艺窗口内？

零件外观是否可接受？

零件尺寸是否可接受？

零件是否满足所有测试要求？

零件是否满足所有其他要求？

如果调整成功解决了问题，确保再深入一步：

为什么需要这个调整？

调整对模腔中塑料条件有何影响？

新条件是否稳定并能长期生产高质量零件？

是否还有其他措施可以确保足够的工艺窗口？

这个问题是否可能影响其他正在生产的产品？

公司系统中是否需要更改某些内容以防止问题再次发生？

在STOP故障排除的继续步骤中，重要的是要记得审查结果。如果工艺技术员或工程师进行了更改但未检查结果，他们将无法评估更改是否有效。有很多案例表明，更改后一切看似良好，但后来发现数据显示没有差异。始终将更改后的结果与基准数据进行比较，以确定更改是否真正产生了影响。

一些问题作业的继续步骤可能持续较长时间，以监控结果，确保问题已消除。归根结底，数据会讲述故事。

1.4.5 STOP：故障排除循环

重要的是要理解，STOP方法论应作为一个循环使用。在进行更改后，应回到系统化、思考和观察，以评估更改是否达到了预期效果，如果没有，为什么？参见图1.5，了解STOP故障排除循环的示意图。

继续通过STOP方法论循环，直到确定、纠正并验证根本原因。请记住，可能需要数周的运行时间才能完全确定更改的真正影响。

1.4.6 硬修复与绕过问题加工

只要可能，应实施永久的硬修复来解决问题的真正根本原因。如果能在模具或零件设计中实施物理更改，工艺窗口往往会大得多。实施模具的硬修复可能涉及一些前期成本，但将带来长期节约。在故障排除时不要短视，而要考虑模具可能在生产中运行的多年。

实施硬修复的重要性在考虑人类检测零件缺陷的能力时变得更加显著。如果工厂质量系统依赖人的检测来发现缺陷，由此产生的客户退货将变得非常昂贵。然而，如果实施了硬修复，缺陷将被预防，人的错误和判断不会导致将不良零件发给客户。不要依赖人的检测；预防是消除发货不良产品的关键。

1.4.7 故障排除工具

除了上述4M方法论外，还有许多其他工具和技术可以帮助故障排除，包括以下内容：

5个为什么

鱼骨图

废品记录表

头脑风暴

实验设计（DOE）

是/不是

更改日志

1.4.7.1 5个为什么

“5个为什么”是由丰田佐吉开发并最初在丰田公司用于问题解决的过程。其目的是持续提问，直到确定真正的根本原因。例如：

零件上出现飞溅问题。

为什么？材料湿了。

为什么？干燥时间不足。

为什么？料斗未及时装载。

为什么？机器没有自动装载机，需依靠材料处理员装载干燥机。

为什么？决定不花钱购买自动装载机。

使用“5个为什么”过程有助于通过持续挖掘根本原因来找到最终原因。有时在问到第五个“为什么”之前就确定了根本原因，而在某些情况下，可能需要提出更多问题。

1.4.7.2 鱼骨图

鱼骨图或石川图由石川馨在1960年代开发。因图表绘制成鱼形而常被称为鱼骨图。鱼骨图通常将人、方法、机器、测量和材料作为潜在根本原因的类别。五个类别中的每一个都被放在鱼骨图的顶线上，然后在其下添加额外的骨头（线）以详细说明潜在的根本原因。

随着4M故障排除方法的发展，清楚认识到模具加工人员需要关注的关键类别是成型工艺、模具、机器和材料。如前所述，额外的“人”M可以影响任一4M。

1.4.7.3 废品记录表

有效故障排除的关键之一是拥有良好的数据。可以组合多种类型的表格来捕获所需的废品数据。在基本层面上，拥有各种缺陷的帕累托图至关重要。

另一个有用的工具可能是记录一天中每小时废品的计数表。这有助于确定缺陷是否在特定时间或特定班次中发生更多。有时这些计数表可能显示，每班开始时废品增加，直到操作员适应为止。参见图1.6，了解废品计数表的示例；注意每个班次每小时都有一个特定缺陷的框。

另一个有用的废品跟踪表可以是零件的打印示例。操作员只需在零件上标记缺陷发生的位置。使用这种计数表将有助于确定缺陷是否在一致的位置或分散在零件各处。在某些情况下，在机器旁留一个零件标记缺陷位置也可以。

1.4.7.4 头脑风暴

头脑风暴可以以多种方式进行，但基本上旨在召集一些人一起尽可能多地捕获潜在原因。头脑风暴的通常意图是人们可以从他人的想法中获得启发，构建概念。头脑风暴可以是建立潜在根本原因的有效方式。

一些常见的头脑风暴技术包括：

开放式。

在开放式头脑风暴中，每个人都可以随时提出想法。这种方法的优点是人们可能在他人想法的基础上构建。缺点是安静的人可能不会发言，自由流动的对话可能干扰创造性思维（或根据个人情况有所帮助）。

轮流发言。

在轮流发言方法中，主持人按房间顺序询问每个人的想法并记录下来。这种方法的优点是安静的人有机会贡献意见，且比开放式方法更专注。缺点是群体动态可能不那么强。

无声开始。

在这种方法中，每个人在会议开始时写下想法列表。在设定时间后，主持人询问想法并记录。优点是这种方法限制了群体思维问题，并可能允许更专注的思考。缺点可能包括较少的初步讨论和从他人想法中跳跃。

另一件需要考虑的事情是加入主题领域的“专家”和外来者。通常，外来者会提出问题，激发非传统思维，进而可能导致真正的解决方案。

亚历克斯·奥斯本被认为是头脑风暴的创始人，他制定的基本规则是：

不批评。

欢迎奇思妙想。

追求数量。

在他人想法基础上构建。

1.4.7.5 实验设计（DOE）

DOE是一种工具，创建一组有意的实验条件，以帮助确定问题的原因和影响。DOE的强大之处在于它以减少试验期间进行的实验总数的方式组合条件。通过利用DOE，可以捕获工艺条件之间的交互作用，并查看主要的贡献因素。市场上有许多软件包可以帮助开发DOE并分析数据。DOE的具体内容超出了本书的范围，但应将其视为故障排除工具。

有时，简单的全因子DOE是找到解决方案的关键。在全因子DOE中，不会简化要运行的实验数量。例如，研究模具温度和第二阶段压力对零件尺寸影响的全因子DOE可能需要以下运行：

冷模具，低第二阶段压力

温模具，低第二阶段压力

冷模具，高第二阶段压力

温模具，高第二阶段压力

这四个实验将确定这两个因素的影响。添加第三个因素将增加实验数量，导致进行试验所需的时间更多。

1.4.7.6 是/不是

“是/不是”可以作为一种简单工具，帮助缩小问题的范围。进行“是/不是”评估的方法是制作一个带有“是”和“不是”标题的图表。然后将问题分解为关于其“是”或“不是”的陈述，如图1.7所示。

1.4.7.7 更改日志

更改日志可用于通过提供跟踪所做更改的方式来帮助保持故障排除的系统化。更改日志可以如图1.8所示，提供一个简单的表格来记录任何更改及其对缺陷的影响。这对于跨班次沟通非常有用，每个人都可以看到调整了什么以及更改对问题的影响。

1.4.8 故障排除方法论总结

有许多有用的工具可以应用于故障排除。本章详细介绍了许多这些工具，但特别关注STOP故障排除方法论和4M方法。

STOP故障排除 关注：

系统化

思考

观察

继续

4M方法 是本书讨论所有缺陷的方式。所有缺陷都基于以下考虑：

成型工艺

模具

机器

材料

请务必询问问题是一个新问题还是持续存在的问题。这可以帮助聚焦故障排除，因为新问题需要通过寻找发生了什么变化来处理。

故障排除是一项可以通过知识和经验培养的技能。愿意提出问题并挖掘答案。一次改变一个变量并让工艺稳定。

确保评估任何更改的意外后果。小心不要将一个问题或缺陷换成另一个。如果调整减少了废品但导致组装问题，最终结果可能长期成本更高。